设计了基于预测函数控制的速度控制器, 以减小永磁同步电机的转矩波动, 提高电机的转速控制精度。针对因外部扰动因素引起的控制器跟踪性能下降问题, 设计了基于预测函数控制和扰动观测器的双环控制器; 通过扰动观测器估计系统扰动, 并据此产生转矩电流补偿量对控制量进行前馈修正, 从而实现扰动的抑制。实验结果显示: 当电机从静止跟踪到设定600 r/min转速时, 系统没有超调, 稳态精度为2 r/min; 当电机以600 r/min稳速运行并加入1.6 N·m的转矩扰动时, 转速最大波动为5 r/min。与传统的PI控制算法相比, 所设计的控制器使转速波动减小了4.2% 。仿真分析和实验数据表明: 基于预测函数控制和干扰观测器的控制器能够有效地抑制扰动, 提高系统转速跟踪精度。

针对光电跟踪系统中实时提取运动目标脱靶量的应用需求，设计了一种基于灰度直方图的Mean-shift图像跟踪算法，对算法中目标模型与候选模型的建立进行了改进，抑制了背景像素对目标跟踪产生的影响。算法在系统上位机Visualc++ 6.0平台上实现，当光电跟踪系统捕获到运动目标后，利用Mean-shift图像跟踪算法跟踪运动目标，并实时将运动目标脱靶量作为伺服控制系统的输入信号，驱动跟踪器跟踪目标。实验结果表明：设计的算法可以实时、准确、有效地跟踪运动目标，使稳定后的脱靶量换算得到的角偏差量控制在30″之内。

为解决光电跟踪伺服系统受电机力矩波动影响产生的速度波动问题，提出了一种改进的自抗扰控制策略进行力矩波动补偿。该算法主要由两部分组成：通过扩张状态观测器辨识出系统扰动，然后将该扰动前馈到系统控制量中去，构成复合校正系统；反馈通道中采用两参数的比例微分控制器，可以保证系统的稳定性和良好的动态特性。仿真分析和实验结果表明：与同等闭环控制带宽的 PI控制器相比，自抗扰控制器可以提高系统对扰动力矩的抑制能力，采用自抗扰补偿时，速度误差的峰值由 1.88%降低到 0.65%，速度误差的均方根值由 0.8%降低到 0.2%。实验结果证明提出的方法能够有效降低电机力矩波动的影响，提高速度平稳性。

针对现有的基于样本块的图像修复算法采用全局搜索法确定最佳匹配样本块时效率低，且易出现错误匹配块的问题，分析了影响算法效率和质量的原因，提出了基于区域分割的变尺寸样本块高效图像修复算法。首先，采用双线性收缩方法获得尺寸是待修复图像0.02～0.25倍的收缩图像，并在收缩图像中分割出预选区域作为源区域，使用自适应窗口尺寸调整规则确定修复窗口大小; 然后，在预选区域中搜索最佳匹配修复块对图像进行修复。收缩图像修复完毕后，对收缩图像中修复不完全的区域采用分割子图像的方法进行修复; 最后，将子图像填回到原始图像的修复区域，循环运行直到修复完毕。实验结果表明，采用本文提出的修复算法，修复效率约为现有算法的5～100倍，且具有较好的修复质量。

设计了基于Camera Link标准的高速图像采集处理器, 可以对高速的数字相机进行图像采集及实时图像处理。系统采用FPGA和DSP作为主要的内核处理单元, FGPA完成图像的采集和预处理, DSP完成复杂的图像处理任务。详细给出了处理器的结构设计和一些关键技术, 如Camera Link接口技术、高速缓存以及显示技术、图像处理和输出接口设计等。经过调试, 系统最终可以实时完成1 000帧/s的图像采集和处理任务。

为获得空间目标监视设备上空适合观测的天区以提高设备的使用效率和观测效率，设计了实时监视观测站上空云层位置分布的光电测量系统。该系统采用以扁椭球折反射透镜组为核心的大视场光学设计，结合非制冷红外焦平面列阵探测器用于全天时采集天空云层图像；通过装有图像采集卡的计算机对采集的天空背景图像进行伪彩处理、图像修复等操作后，获得无云、薄云、厚云以及它们之间过渡区域可清晰区分的伪彩云层图像，并根据实验标定建立的空间角位置和像素的函数关系，给出云的分布位置信息。实验结果表明，该测量系统可以每5 s输出一次高度角在20°以上的彩色云图，并计算出天空中云层的方位分布，定位精度约为1°。此系统可以实现云层分布的大视场定位测量，并提高空间目标监视设备的效率。

为了满足大型望远镜对于速度控制响应快、超调量小、稳态精度高、低速运行平稳的要求，在分析经典PID控制算法的基础上，提出了一种变结构PID控制器。通过构造以控制误差为自变量的比例增益、积分增益、积分变增益和微分增益等函数，变结构PID能够根据瞬时误差实时改变其结构和参数。针对某大型望远镜的传递函数模型，仿真验证了变结构PID的作用，并比较了经典PID与变结构PID的控制性能。实验结果表明，该望远镜能够以最大加速度达到期望速度，且无速度超调，以20(°)/s运行时的最大稳态误差为0.016 7(°)/s，以10(″)/s运行时的最大稳态误差为0.7(″)/s。仿真和实验结果均证明：基于变结构PID控制器的速度控制系统能够满足大型望远镜的要求。

针对Criminisi等人提出的基于样本的图像修复算法存在修复耗时长、效率低的问题，提出一种采用双线性插值算法收缩待修复的图像，并结合样本块进行图像修复的方法。首先，采用双线型插值算法将待修复图像的长宽同时收缩0.2～0.5倍，在收缩图像的目标区域中计算优先级最高的目标像素点,并在源区域中搜索最佳匹配修复块。然后，在待修复图像中根据一定规则找到对应的优先级最高的目标像素点和最佳匹配修复块，并将其填充到待修复图像的修复区域，循环运行直到目标区域修复完毕。实验结果表明，采用本文提出的算法进行图像修复时，其时效约为Criminisi等人提出的算法的5～40倍，该方法可以在获得高的修复效率同时保持良好的修复质量。

针对雾天图像的退化现象，提出采用近红外波段成像和视频图像处理技术相结合的透雾成像方法。根据视频图像相邻两场直方图相似的特点，提出了用改进的直方图均衡化算法处理雾天降质图像。改进的算法简化了系统结构，降低了逻辑设计复杂度，节约了高速存储器部分硬件资源。算法经过MATLAB仿真验证，并在现场可编程门阵列(FPGA)视频图像处理平台上硬件实现。实验表明,改进算法在增强雾天图像的同时满足标准视频图像处理25 frame/s的实时性要求，结合近红外波段透雾能力使雾天图像能见距离提高1.5倍以上。